C3化學(xué)工業(yè)-2016年秋季工業(yè)系統(tǒng)概論(教師用)

第二章化學(xué)工業(yè)2第二章化學(xué)工業(yè)概述案例1從化學(xué)到化工案例2合成氨生產(chǎn)的人文透視3學(xué)習(xí)提綱化學(xué)工業(yè)化工概述化學(xué)到化工合成氨生產(chǎn)化工發(fā)展歷史化學(xué)工業(yè)現(xiàn)狀化學(xué)和化工關(guān)系化工項目的開發(fā)化工生產(chǎn)的優(yōu)化化工系統(tǒng)化學(xué)災(zāi)害為什么合成氨如何合成氨更好利用合成氨了解：從歷史觀角度思考化工發(fā)展歷史。體驗：科學(xué)模式與工程模式的差異，初步運用批判性思維看待產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題。體會：從人文角度透視生產(chǎn)過程，理解實驗室與相應(yīng)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不同。目的：了解我國化學(xué)工業(yè)的現(xiàn)狀，并初步培養(yǎng)用工程思維看待產(chǎn)業(yè)發(fā)展。工程技術(shù)史觀4

事物系統(tǒng)普遍存在許多不同層次，而層次又通過許多中介相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化。

無限多樣的物質(zhì)層次之間一定存在著內(nèi)在的必然的轉(zhuǎn)化聯(lián)系；高級層次一定包含低級層次，復(fù)雜層次一定包含簡單層次，因而轉(zhuǎn)化聯(lián)系必然導(dǎo)致包含聯(lián)系；又由于物質(zhì)層次具有質(zhì)的相對穩(wěn)定性，它們一旦通過轉(zhuǎn)化形成之后，就同時并存于自然界之中，所以它們之間必然相互影響、相互制約、相互作用，彼此發(fā)生著交叉聯(lián)系。層次轉(zhuǎn)化律5

經(jīng)濟學(xué)通?？煞譃槲⒂^和宏觀，微觀研究個人或企業(yè)的行為，宏觀研究國家層面的經(jīng)濟規(guī)律，個人和企業(yè)的行為為宏觀經(jīng)濟運行提供了微觀基礎(chǔ)，宏觀經(jīng)濟形勢又會影響個人和企業(yè)的行為。

人類社會發(fā)展更替都是遵循由簡單到復(fù)雜、由低級向高級發(fā)展；思維過程也經(jīng)由主體——實踐——客體——認識——主體——再實踐——再認識這一層次轉(zhuǎn)化規(guī)律的。

在任何系統(tǒng)中，整體性、結(jié)構(gòu)性、動態(tài)性、開放性等都是有層次的，都具有層次性。層次轉(zhuǎn)化律揭示了系統(tǒng)運動發(fā)展的具體途徑6一概述（視頻1）化學(xué)工業(yè)是一門歷史悠久、種類繁多的工業(yè)。早在數(shù)萬年以前,人們就開始與化學(xué)工業(yè)結(jié)緣,如火的利用、煉銅、煉金、釀酒、火藥、造紙、染料等

。1.1古代化學(xué)工藝的出現(xiàn)公元前四千年到兩千年間，人類開始進入奴隸制社會，從石器時代跨入金屬時代，原始的狩獵經(jīng)濟也開始讓位于農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)，緊接著手工業(yè)出現(xiàn)了。金屬勞動工具的制造是建立在金屬冶煉和鍛鑄的基礎(chǔ)上，農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的興起帶來的是釀造、鞣革以及漂染等行業(yè)，當時的制陶（視頻2）、金屬冶煉、釀造等等是最早的實用化學(xué)，是最早的化學(xué)工業(yè)。71.2近代化學(xué)工業(yè)的興起

十八世紀中期的英國工業(yè)革命最先從輕工業(yè)開始：在輕工業(yè)中，紡織業(yè)的機械化促進了紡織品大幅度增加，使傳統(tǒng)漂白、染色工藝上升為紡織業(yè)發(fā)展的主要矛盾。最早英國紡織所用的酸是有機酸；堿用的是草木灰，是用海藻燒制成的。不能滿足發(fā)展起來的漂白、染色等工業(yè)生產(chǎn)需要。于是出現(xiàn)了生產(chǎn)硫酸的鉛室法。進而出現(xiàn)了利用食鹽和硫酸為原料制取純堿的方法。由于綜合利用原料，不僅能生產(chǎn)純堿，許多化工產(chǎn)品如鹽酸、漂白粉、燒堿等等均圍繞著這個方法開展起來，從此以無機酸堿為主要內(nèi)容的近代無機化學(xué)工業(yè)在技術(shù)不斷改革中迅速發(fā)展。81.2近代化學(xué)工業(yè)的興起（續(xù)）工業(yè)革命帶來的是大量機器的制造；機器工業(yè)的發(fā)展又促進交通運輸業(yè)的革新。這些都增加了對金屬材料的需要，特別是鋼鐵，推動了冶鐵的發(fā)展。在冶鐵中使用的大量焦炭，是由煤煉焦得到的。煤煉焦中得到的煤焦油曾被作為廢物處理，不僅污染環(huán)境，而且造成公害。由于社會的需要，化學(xué)家們對煤焦油進行了研究，先后分離出許多種有機芳香族化合物，推動了分析化學(xué)、有機化學(xué)以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面理論的發(fā)展，帶來了新的染料、醫(yī)藥，開辟了近代有機化學(xué)工業(yè)。從十七世紀末到二十世紀初，化學(xué)工業(yè)處在以煤為主要原料的煤化工時代。91.3現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展

現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)就是合成產(chǎn)物的階段。由于石油的大規(guī)模開采，石油的煉制、裂化和重整為化學(xué)工業(yè)提供了大量原料。這就促進了合成塑料（視頻3）、人造纖維、人造橡膠（視頻4）等現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。由于人口增長，社會需要提供更多糧食，因而現(xiàn)代化肥、農(nóng)藥的生產(chǎn)迅猛發(fā)展；資本主義的高度壟斷使它轉(zhuǎn)變成帝國主義，對外進行掠奪，發(fā)動戰(zhàn)爭，推動軍事化工的發(fā)展；化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)日益大型化、復(fù)雜化，興起了化學(xué)工程學(xué)---構(gòu)成了現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的內(nèi)容。單元操作概念的提出但對化學(xué)工業(yè)的系統(tǒng)研究,是始于美國麻省工學(xué)院化工系主任利特爾于1915年提出的單元操作的概念。單元操作概念的提出,不僅可把通常認為各不相同的獨立的化工生產(chǎn)技術(shù)統(tǒng)一起來,而且使人們可以系統(tǒng)而深入地研究每一個單元操作的內(nèi)在規(guī)律和基本原理,從而更有效地促進化工生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。因此,化學(xué)工業(yè)也就是在近80年里得到飛速發(fā)展。特別是進入現(xiàn)代社會,化學(xué)工業(yè)在設(shè)備的改進與更新、綠色化學(xué)概念的提出以及計算機的應(yīng)用等方面更是突飛猛進(視頻5)。1011我國化學(xué)工業(yè)現(xiàn)狀2012年，化學(xué)工業(yè)規(guī)模以上企業(yè)累計實現(xiàn)主營業(yè)務(wù)收入7.08萬億元，實現(xiàn)利潤總額3848.9億元。我國化工產(chǎn)品已經(jīng)由整體數(shù)量短缺轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)性短缺。在不受石油資源制約的無機原料、化肥、農(nóng)藥等領(lǐng)域，多數(shù)產(chǎn)品不僅滿足國內(nèi)需求，還大量出口國外。據(jù)對石化產(chǎn)業(yè)內(nèi)最重要的38種石化產(chǎn)品產(chǎn)值統(tǒng)計中，除了工程塑料和鉀肥產(chǎn)值在全球屈居第五、六位外，其他產(chǎn)品全部位列前三，更有燒堿、純堿、硫酸、硝酸、鹽酸、電石等20余種產(chǎn)品在全球位居榜首。我國鉀肥對外依存度平均保持在50%以上，這對我國糧食安全帶來威脅。2012年進口量為634萬噸，對外依存度約為60%。部分行業(yè)產(chǎn)能擴張過快，出現(xiàn)了嚴重的產(chǎn)能過剩到2012年底，我國尿素產(chǎn)能過剩約1800萬噸；磷肥產(chǎn)能超過國內(nèi)需求1000多萬噸；氯堿裝置利用率約70%，聚氯乙烯裝置利用率約60%；甲醇裝置開工率約50%；電石行業(yè)新增產(chǎn)能約400萬噸，遠超過全年淘汰127萬噸產(chǎn)能，裝置利用率約76%。片面追求發(fā)展速度導(dǎo)致我國環(huán)境形勢日趨嚴峻，全社會的節(jié)能減排和環(huán)境壓力不斷增大?！笆晃濉蹦?，石化行業(yè)廢水、廢氣和固體廢棄物，分別占全國各行業(yè)排放量的第一、第四和第五。1213從人文角度透視生產(chǎn)由物理學(xué)、化學(xué)演進出工程學(xué)，對人類社會的進步起到了巨大的推動作用。其最本質(zhì)的是完成了傳統(tǒng)的科學(xué)模式(或分析模式)集成現(xiàn)實生產(chǎn)生活向工程模式的轉(zhuǎn)變，即形成了所謂的“工程模式”。

集成現(xiàn)實生產(chǎn)生活科學(xué)模式―――――――――工程模式縱向思維―――――――――――橫向思維抽象學(xué)習(xí)―――――――――――――――經(jīng)驗學(xué)習(xí)強調(diào)還原―――――――――――――――強調(diào)集成發(fā)展“有序”――――――――――――聯(lián)系“無序”追求確定性――――――――――――處事調(diào)和中庸重分析―――――――――――――――――重綜合重研究―――――――――――重設(shè)計、過程、制造注重問題求――――――――――――注重問題形成注重開發(fā)想法―――――――――――注重實現(xiàn)想法案例1從化學(xué)到化工——探路的歷程

從實驗室到產(chǎn)業(yè)14案例1從化學(xué)到化工——探路的歷程

從實驗室到產(chǎn)業(yè)3．化工生產(chǎn)過程優(yōu)化（1）過程工業(yè)的特點(說明7)（2）過程的優(yōu)化：離線優(yōu)化、在線優(yōu)化2．化工項目的開發(fā)（1）選型:(說明5）（2）放大：(說明6)1．化工與化學(xué)的聯(lián)系與區(qū)別（1）聯(lián)系：原理(說明3）（2）區(qū)別：規(guī)模(說明4）154．系統(tǒng)單位系統(tǒng)/單元操作，裝置（說明8）企業(yè)：藥品、化妝品、試劑……產(chǎn)業(yè)：燃料化工—基本化工—精細化工（說明9）行業(yè)：上游/中游/下游

起始原料----基本原料----中間體----合成材料----化工制品社會生產(chǎn)流通體系（說明10）從化學(xué)到化工——探路的歷程

從實驗室到產(chǎn)業(yè)(續(xù))5．化學(xué)災(zāi)害化學(xué)危險物質(zhì)(鄂爾多斯羊毛衫，200＃熒光劑)量變與質(zhì)變----好心辦壞事(視頻6）；漸變與突變----化學(xué)定時炸彈(說明10、視頻7)；負變與正變----地球化學(xué)工程（說明11）16案例2合成氨生產(chǎn)的人文透視主要內(nèi)容人為什么要合成氨？人如何合成氨？人如何更好地發(fā)展利用合成氨？17合成氨生產(chǎn)

（放熱反應(yīng)）N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)，ΔH=-92.4kj/mol(背景知識)18案例2合成氨生產(chǎn)的人文透視人為什么要合成氨？（說明12）認識的深入認識的反復(fù)

1900年法國化學(xué)家勒夏特列和德國能斯特（說明13）19案例2合成氨生產(chǎn)的人文透視人如何合成氨？ 實驗室研究

工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)合成氨生產(chǎn)的制約因素 工藝條件；設(shè)備極限；能耗 如何籌措條件攻克難關(guān)組織生產(chǎn)201908年和1909年德國化學(xué)家哈伯(1)原料氣的制取與凈化(2)合成氨條件的確定(說明13)德國巴登苯胺純堿公司－博施(說明14)(1)含鋁鎂促進劑的鐵催化劑(2)低碳鋼氫脆生鐵內(nèi)膽(說明15)(3)循環(huán)壓縮工藝1913年日產(chǎn)30噸的合成氨工廠建成并投產(chǎn)合成氨的歷程化學(xué)反應(yīng)化工產(chǎn)業(yè)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)21合成氨生產(chǎn)的人文透視人如何更好地發(fā)展利用合成氨？合成氨技術(shù)的發(fā)展合成氨成就的最初命運

22合成氨技術(shù)的發(fā)展技術(shù)本身（說明16）

現(xiàn)狀 目標 理論值協(xié)調(diào)組織 原料 （說明17） 規(guī)模 （說明18） 改造 進口與建廠內(nèi)蒙古化肥廠引進的合成氨、尿素裝置23合成氨成就的最初命運哈伯法拉第居里夫人門捷列夫ThankYou251：化學(xué)反應(yīng)過程——化工生產(chǎn)的核心化學(xué)原理與物理原理交叉 分離過程－－熱力學(xué)，流體力學(xué)，傳熱學(xué)，傳質(zhì)學(xué) 反應(yīng)過程－－原子重排，工藝學(xué)，反應(yīng)動力學(xué) 熱力學(xué)，流體力學(xué)，傳熱學(xué)，傳質(zhì)學(xué)三傳三轉(zhuǎn)2627化學(xué)反應(yīng)催生化工產(chǎn)業(yè)（返回）——制造業(yè)的基礎(chǔ)與創(chuàng)新的源頭20年代 合成氨－現(xiàn)代化工的起始：農(nóng)業(yè)，炸藥業(yè)40年代 石油催化裂化：汽車工業(yè)50年代 深層發(fā)酵：抗生素制藥業(yè)60年代 乙烯裂解：三大合成材料～70年代 有機硅，高純硅：硅材料工業(yè)80年代 人工臟器，動植物細胞培養(yǎng)：生物醫(yī)學(xué)工程90年代 納米管，超分子組裝納米－亞微米材料： 復(fù)合,多功能材料28放大階段的研究內(nèi)容工藝路線和單元反應(yīng)操作方法的復(fù)查設(shè)備材質(zhì)與型式的選擇攪拌器型式與攪拌速度的考察反應(yīng)熱反應(yīng)條件的進一步研究工藝流程與操作方法的確定反應(yīng)和后處理物料衡算：是對任一化工生產(chǎn)過程的進入物料量、排出物料量和累積物料量進行衡算衡算式為：輸入物料量-輸出物料量＝累積物料量29（返回）工程放大方法反應(yīng)工程任務(wù)提出工藝路線,原料配方,工藝條件確定小型熱模,驗證工藝條件,動力學(xué)研究大型冷模,驗證反應(yīng)器形式可行動力學(xué)方程表達式流動形式,混和模型,傳質(zhì),傳熱,參數(shù)分布數(shù)學(xué)模型：物衡…熱衡…熱力學(xué)提供：參數(shù)方程,物性計算機合成求解中間討論,驗證工業(yè)裝置模型修正工程研究工藝研究傳統(tǒng)放大數(shù)值模擬實驗方法論30工業(yè)類型

從原料到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，由于產(chǎn)品不同而采用的生產(chǎn)方式也不同。如：煉鋼、機械制造與石油化工、制藥為不同的生產(chǎn)方式稱為不同的工業(yè)類型。三種類型：

1、過程工業(yè)

2、離散工業(yè)

3、間歇生產(chǎn)31過程工業(yè)

ProcessIndustries

過程：通過化學(xué)反應(yīng)和物理變化將材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。過程工業(yè)：又叫“流程工業(yè)”，一般為連續(xù)生產(chǎn)過程。如：石油、化工、制藥、電力、冶金、輕工業(yè)、紡織、食品、醫(yī)藥、煙草等行業(yè)。在工業(yè)中有三分之二屬于這一類。其特點：多伴隨著傳熱、傳質(zhì)、相變、以及能量和動量的轉(zhuǎn)換。例如：石油

汽油

加熱、蒸餾、相變傳熱、傳質(zhì)、汽相、液相）

32離散工業(yè)

DiscreteIndustries

非連續(xù)生產(chǎn)或稱單件生產(chǎn)的工業(yè)。例如：機械廠、機床廠、飛機、汽車、家電制造業(yè)等行業(yè)，從原材料------產(chǎn)品，伴隨著機械加工、焊接等而不是通過物理和化學(xué)變化，這類工業(yè)叫離散工業(yè)。特點：單件生產(chǎn)、機加工。33批量生產(chǎn)（間歇過程）

BatchIndustries例如：二鍋頭的生產(chǎn)，藥品的滅菌等特點：一批一批的生產(chǎn)。34大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)存在的問題(1)工業(yè)過程復(fù)雜、大系統(tǒng)、互相關(guān)聯(lián)-----

存在不確定性、時變、非線性。

(2)整體性：局部優(yōu)化=/=全局優(yōu)化，需協(xié)調(diào)控制。

(3)苛刻的環(huán)境三性安全性---人、設(shè)備、環(huán)境保護。經(jīng)濟性---高產(chǎn)、保質(zhì)、低耗。穩(wěn)定性---長期穩(wěn)定運行。20世紀40年代起，染料、化纖、有機合成和石油化工等行業(yè)對濃硫酸和發(fā)煙硫酸的需要量迅速增加，許多工業(yè)部門對濃硫酸產(chǎn)品的純度也提出了更高的要求，因而使接觸法逐漸在硫酸工業(yè)中居于主導(dǎo)地位。硫酸工業(yè)已有

200多年的歷史第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，使歐美國家競相興建接觸法裝置，產(chǎn)品用于炸藥的制造。這對接觸法的發(fā)展頗具影響。第二次世界大戰(zhàn)以后，硫酸工業(yè)取得了較大的發(fā)展，世界硫酸產(chǎn)量不斷增長。18世紀后半期，紡織工業(yè)取得重大的技術(shù)進步，硫酸被用于亞麻織品的漂白、棉織品的酸化和毛織品的染色。呂布蘭法的成功，又需大量地從硫酸和食鹽制取硫酸鈉。迅速增長的需求為初興的硫酸工業(yè)開拓了順利發(fā)展的道路。SO3+H2OH2SO42SO2+O22SO3催化劑加熱4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

高溫化學(xué)原理化工生產(chǎn)流程反應(yīng)條件的選擇中蘊含的整體性思想（返回）接觸催化在各反應(yīng)條件下轉(zhuǎn)化率：實際工業(yè)生產(chǎn)選擇的條件：400°C——500°C0.1MPa（常壓）理論上產(chǎn)率最高的反應(yīng)條件38采用該流程，噸氨天然氣總消耗約減少100m3（標），噸氨原燃料成本降低100元以上（如中原化肥廠、富島化肥廠、錦西化肥廠等）。（返回）1999年39化學(xué)工業(yè)的單元操作過程原料預(yù)處理粉碎，溶解，汽化，提純等化學(xué)反應(yīng)氧化，還原，氟化，硝化，羰基化等分離精制精餾，萃取，吸收，結(jié)晶等每一種單元操作都概括了化工生產(chǎn)中一類有共性的操作，從本質(zhì)上歸納為動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三種傳遞過程。三種傳遞過程和反應(yīng)工程，即所謂的“三傳一反”構(gòu)成貫穿于化學(xué)工程學(xué)科研究的一條主線。

40單元操作（返回）41化工生產(chǎn)流通體系1、研究（Research）研制、改進新產(chǎn)品、新工藝選型拓展新產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域研究發(fā)明新過程及設(shè)備（模擬放大）2、開發(fā)（development）

放大（scaleup）中間試驗、放大工業(yè)性試驗、模擬放大42化工生產(chǎn)流通體系（續(xù)）3、設(shè)計（design）流程設(shè)計（帶控制點）工廠設(shè)計平立面設(shè)計、控制、環(huán)保關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計（非標）（強度、機械）從基本原理出發(fā)4、建設(shè)（Construction）建設(shè)、試運行、交付生產(chǎn)

5、制造（Manufacturing）操作（Operation）生產(chǎn)（Production）43化工生產(chǎn)流通體系（續(xù)）（返回）6、銷售和技術(shù)服務(wù)（Salesandtechnicalservice）打開銷路，幫助使用。7、經(jīng)營管理（managementandadministration）

8、教育（education）

9、咨詢（consultant）10、其它2013年2月28日上午，北方出現(xiàn)今年最大范圍沙塵天，北京海淀等地已開始出現(xiàn)浮塵揚沙。44沙塵暴席卷伊朗阿富汗和巴基斯坦452012年3月中旬美國宇航局地球觀測站公布的衛(wèi)星照片：發(fā)生在亞洲西南部的強沙塵暴2010年04月24日甘肅出現(xiàn)沙塵暴,局地能見度接近0米46472010年3月20日，什剎海變?nèi)龉?，滄海桑?82009年9月23日，悉尼布拉菲爾德高速公路。（一場罕見的沙塵暴席卷悉尼，將澳大利亞東部部分地區(qū)籠罩在一片紅色風(fēng)暴之中）492009年7月，伊拉克首都巴格達，桔子樹上布滿沙塵。一場多年來最嚴重的沙塵暴今年夏天在這個國家肆虐。502009年4月席卷中蒙邊境的沙塵暴導(dǎo)致北京紫禁城的云龍石雕蒙上一層塵土。512009年3月，沙特阿拉伯首都利雅得籠罩在一片塵霧之中。522008年10月，阿富汗喀布爾，一名年幼的阿富汗難民蜷縮在帳篷一角，躲避沙塵暴。532003年，也門瓦迪穆爾(WadiMur)。一個騎著毛驢的男孩險些被沙塵暴吞沒。542001年，馬里，一群婦女被籠罩在沙塵暴之中。551992年5月，從美宇航局“奮進”號航天飛機上看到的肆虐撒哈拉沙漠的沙塵暴。561955年，一場罕見沙塵暴正在美國得克薩斯一座荒蕪人煙的農(nóng)場肆虐。（返回）環(huán)境污染（視頻8）57地球化學(xué)工程抬升陸地許多低平國家構(gòu)成沉積盆地的一部分，在其沉積剖面中含有灰?guī)r層。如果將硫酸灌注到這些灰?guī)r中，它們會局部地轉(zhuǎn)變成石膏。石膏的體積是它所借以生成的方解石的兩倍，為調(diào)整體積的這種增大，反應(yīng)位置之上的地面上升。這種效應(yīng)可用于海岸防御，也開辟了抬升受到海面上升威脅的現(xiàn)存建筑的可能性。CO2

將CO2灌入部分報廢的氣田，可作為保持儲層壓力的手段來使用，以開發(fā)用其他方式己無經(jīng)濟價值的殘留天然氣。經(jīng)地下風(fēng)化反應(yīng)呈碳酸鹽形式固定下來的CO2

，在此后地質(zhì)時期內(nèi)都會被安全地儲存起來。58地球化學(xué)工程（返回）廢棄物的自封閉隔離克里米亞的Armyansk，一座生產(chǎn)TiO2和化肥的工廠排放出廢酸和其他廢液，其數(shù)量約為1100萬m3/a，流入一個圍堵起來的淺海灣，使之成為最大的酸湖之一。由于廢液是弱酸，而蒸發(fā)出的是純水，到1996年湖水PH值為0.8左右，未發(fā)現(xiàn)這些酸滲入地下水。這是由于湖底是由堿性含碳酸鹽粘土構(gòu)成，酸與這種粘土反應(yīng)生成強膠結(jié)石膏＋硬石膏層。59哈伯成功地設(shè)計出合成氨的裝置和工藝流程(1)原料氣的制取與凈化。熾熱焦炭＋水蒸汽二氧化碳（溶水）＋氫氣熾熱焦炭＋（水蒸汽＋空氣）一氧化碳＋二氧化碳(2)合成氨條件的確定。在600℃、200個大氣壓和鋨作為催化劑的條件下,得到了產(chǎn)率約為8%的合成氨。60卡爾斯魯厄大學(xué)80g/h的合成氨試驗裝置（返回）氨是世界上產(chǎn)量第二的化學(xué)制品,是制氮肥的主要原料,而且在國防、醫(yī)藥、化工纖維業(yè)上都占有重要的地位。

61德國當時最大的化工業(yè)——巴登苯胺和純堿制造公司的另一個德國化工專家博施為首的研究小組價格便宜的催化劑：經(jīng)過2500種不同的催化劑進行了6500次試驗,終于得到了理想的含有少量K、Mg、Al和Ca的鐵組催化劑——鐵觸媒。脫碳氫脆問題的解決：采用純鐵作合成塔襯里克服高壓下氫氣使鋼鐵脫碳的問題,從而真正地使合成氨從實驗室走向生產(chǎn)。(3)循環(huán)壓縮工藝：解決了氮、氫原料氣的工業(yè)生產(chǎn)方法。這具有重大經(jīng)濟價值的成果,極大地促進了合成氨工業(yè)的普及和發(fā)展,也使博施獲得了1931年諾貝爾化學(xué)獎。（返回）

62早期氰化法：1898年，德國弗蘭克等人發(fā)現(xiàn)空氣中的氮能被碳化鈣固定而生成氰氨化鈣，進一步與過熱水蒸氣反應(yīng)即可獲得氨，這種制氨方法稱為氰化法。第一次世界大戰(zhàn)期間，德國、美國主要采用該法生產(chǎn)氨，滿足了軍工生產(chǎn)的需要。氰化法固定每噸氮的總能耗為153GJ，由于成本過高，到30年代被淘汰。合成氨法：1909年，德國物理化學(xué)家F.哈伯用鋨催化劑將氮氣與氫氣在17.5-20MPa和500-600℃下直接合成，反應(yīng)器出口得到8％氨。哈伯提出將未參與反應(yīng)的氣體返回反應(yīng)器的循環(huán)方法。由于金屬鋨稀少、價格昂貴，又研制成功含有鉀、鋁氧化物作助催化劑的價廉易得的鐵催化劑。而在工業(yè)化過程中碰到的一些難題，如高溫下氫氣對鋼材的腐蝕、碳鋼制的氨合成反應(yīng)器壽命僅有80h以及合成氨用氮氫混合氣的制造方法，都被巴登苯胺純堿公司公司的博施所解決，并于1913年建成日產(chǎn)30t合成氨的裝置。其他國家在此基礎(chǔ)上先后開發(fā)了合成壓力從低壓到高壓的很多其他方法。到30年代初合成氨成為廣泛采用的制氨方法。70年代以來，合成氨的生產(chǎn)不僅促進了如高壓、低溫、原料氣制造、氣體凈化、特殊金屬冶煉以及催化劑研制等方面的發(fā)展，還對一些化學(xué)合成工業(yè)，如尿素、甲醇和高級醇、石油加氫精制、高壓聚合等起了巨大的推動作用。(返回)63自從合成氨工業(yè)化后，原料構(gòu)成經(jīng)歷了重大的變化。①煤造氣時期：一戰(zhàn)結(jié)束，很多國家建立了合成氨廠，開始以焦炭為原料。20年代，隨著鋼鐵工業(yè)的興起，出現(xiàn)了用焦爐氣深冷分離制氫的方法。焦炭、焦爐氣都是煤的加工產(chǎn)物。為了擴大原料來源，曾對煤的直接氣化進行了研究。1926年，德國法本公司采用溫克勒爐氣化褐煤成功。二戰(zhàn)結(jié)束，以焦炭、煤為原料生產(chǎn)的氨約占一半以上。②烴類燃料造氣時期早在20-30年代，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化制氫已研究成功。50年代，天然氣、石油資源得到大量開采，由于以甲烷為主要組分的天然氣便于輸送，適于加壓操作，能降低氨廠投資和制氨成本，在性能較好的轉(zhuǎn)化催化劑、耐高溫的合金鋼管相繼出現(xiàn)后，以天然氣為原料的制氨方法得到廣泛應(yīng)用。接著抗積炭的石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑研制成功，缺乏天然氣的國家采用了石腦油為原料。60年代以后，又開發(fā)了重質(zhì)油部分氧化法制氫。到1965年，焦、煤原料比例僅占5.8％。合成氨工業(yè)的原料構(gòu)成由固體燃料轉(zhuǎn)向以氣、液態(tài)烴類燃料為主的時期。(返回)641999年(返回)65合成氨裝置大型化由于高壓設(shè)備尺寸的限制，50年代前，最大的氨合成塔能力不超過日產(chǎn)200t，60年代初不超過日產(chǎn)400t。隨著由汽輪機驅(qū)動的大型、高壓離心式壓縮機研制成功，為合成氨裝置大型化提供了條件，大型合成氨廠的數(shù)目也逐年增多。合成氨廠大型化通常指規(guī)模在日產(chǎn)540t以上的單系列裝置。1963和1966年美國凱洛格公司先后建成世界上第一座日產(chǎn)540t和900t氨的單系列裝置。從此，大型化成為合成氨工業(yè)的發(fā)展方向。近30多年來，新建裝置大多為日產(chǎn)1000～1500t氨，1972年建于日本千葉的日產(chǎn)1540t氨廠是目前世界上已投入生產(chǎn)的最大單系列裝置(返回)

。66壓力容器的氫脆是指它的器壁受到氫的侵蝕，造成材料塑性和強度降低，并因此而導(dǎo)致的開裂或延遲性的脆性破壞。高溫高壓的氫對鋼的損傷主要是因為氫以原子狀態(tài)滲入金屬內(nèi)，并在金屬內(nèi)部再結(jié)合成分子，產(chǎn)生很高的壓力，嚴重時會導(dǎo)致表面鼓包或皺折；氫與鋼中的碳結(jié)合，使鋼脫碳，或使鋼中的硫化物與氧化物還原。介質(zhì)中含氫的容器是否會發(fā)生氫脆，主要決定于操作溫度、氫的分壓、作用時間和鋼的化學(xué)成分。溫度越高、氫分壓越突，碳鋼的氫脆層就越深，發(fā)生氫脆破裂的時間也越短，其中溫度尤其是重要因素。鋼的含碳量越高，在相同的溫度和壓力條件下，氫脆的傾向越嚴重。氫在常溫常壓下不會對鋼產(chǎn)生明顯腐蝕，但當溫度超過300℃和壓力高于30MPa時，會產(chǎn)生氫脆，尤其是在高溫條件下。如合成氨生產(chǎn)過程中的脫硫塔、變換塔、氨合成塔；煉油過程中的一些加氫反應(yīng)裝置等(返回)。

哈伯1918年，德國化學(xué)家弗里茨·哈伯（FritzHaber1868-1934）因氨的合成被授予諾貝爾化學(xué)獎。他采用了過渡金屬鋨為催化劑，并使未反應(yīng)的氣體原料循環(huán)利用，首次取得具有工業(yè)化價值的合成氨的方法，并立即為德國巴登苯胺純堿公司(BASF)所采用。哈伯的合成氨方法，使人類擺脫了農(nóng)業(yè)肥料只能使用天然氮肥的困難局面，這也是他一生中最大的貢獻。然而，哈伯的獲獎仍引起了極大的爭議，尤其是英法兩國對這一結(jié)果表示強烈的抗議，原因是在第一次世界大戰(zhàn)中哈伯擔任了德國施行毒氣戰(zhàn)的科學(xué)負責人。67哈伯哈伯在一戰(zhàn)前在德國卡爾斯魯厄工業(yè)大學(xué)任物理化學(xué)和電化學(xué)教授，后任威廉皇家物理化學(xué)和電化學(xué)研究所所長兼柏林大學(xué)教授。第一次世界大戰(zhàn)期間，哈伯主持了炸藥和毒氣的生產(chǎn)，德國首先施放氯氣毒氣于戰(zhàn)場，造成了英法軍隊約15000人的中毒，使當時戰(zhàn)事不利的德國重新獲得戰(zhàn)爭的主動。這是軍事史上第一次大規(guī)模使用殺傷性毒劑的現(xiàn)代化學(xué)戰(zhàn)的開始,哈伯也因此被后人稱為“化學(xué)武器之父”。哈伯認為毒氣進攻乃是一種結(jié)束戰(zhàn)爭、縮短戰(zhàn)爭時間的好辦法。哈伯曾經(jīng)說：“一名科學(xué)家在和平時期屬于全人類，但在戰(zhàn)爭中屬于他的祖國。68哈伯（返回）使用毒氣進行化學(xué)戰(zhàn)，在歐洲各國遭到人們的一致譴責，哈伯在受到妻子等多人的斥責后仍然不遺余力地潛心研究威力更大的新型毒氣彈，他的妻子因此而自殺。哈伯于1916年辭去化學(xué)兵工廠生產(chǎn)的職務(wù)。戰(zhàn)爭結(jié)束后，他害怕被當作戰(zhàn)犯而在鄉(xiāng)下躲避了半年。此后，他致力于科學(xué)研究，設(shè)計了一種從海水中提取黃金的方案，希望以此來支付德國的戰(zhàn)爭賠款，但他沒有成功。1933年納粹上臺后，他因猶太血統(tǒng)被免去威廉皇家物理化學(xué)和電化學(xué)研究所所長職務(wù)，以訪問學(xué)者身份流亡英國，在劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室工作數(shù)月后去羅馬，途中在瑞士逝世。69法拉第（返回）同樣是面對祖國參與的戰(zhàn)爭，英國著名物理學(xué)家和化學(xué)家麥克爾·法拉第則有完全不同的觀點。在1853至1856年的克里米亞戰(zhàn)爭期間，俄國攻打土耳其，英國與法國聯(lián)合去救助土耳其，在黑海北部克里米半島沖突激烈，死傷很多。英國政府請求法拉第協(xié)助軍方發(fā)展瓦斯毒氣，法拉第的回答是：“這個方案的確是可行的，但是我絕對不會做這種事?！痹谶@場殘酷的戰(zhàn)爭中，英法聯(lián)軍雖然最后獲勝，但是卻付出了慘重的代價。

無論是第一次世界大戰(zhàn)還是克里米亞戰(zhàn)爭都是幾個歐洲大國之間發(fā)生的沖突，是為了爭奪地區(qū)的特權(quán)或是重新劃分勢力范圍而引發(fā)的戰(zhàn)爭。70居里夫人（返回）居里夫人將自己發(fā)現(xiàn)的新的放射性元素命名“釙”。就是為了紀念她的祖國波蘭。她將自己的論文寄回華沙，論文在華沙和巴黎同時發(fā)表，可以說是她對祖國最好的回饋。在第一次世界大戰(zhàn)期間，她和她的長女I·約里奧·一起參加戰(zhàn)地醫(yī)療服務(wù)，擔負傷員的X射線透視工作，她積極提倡把鐳用于醫(yī)療方面，使輻射治療（早企業(yè)成為居里治療）得到推廣和提高，進而造福于人類。

1934年在紐約舉行的悼念會上，愛因斯坦致了如下的悼詞：“她性格剛強，她思念純正，她嚴以律已，她處事客觀和廉潔——所有這些品質(zhì)很少在一個人身上兼而有之。她每時每刻都感到自已是在社會服務(wù)，而她偉大的謙虛不曾給她留下自我欣賞的余地......71門捷列夫門捷列夫的一生，可用他自己的“人的天資越高，他就應(yīng)該多為社會服務(wù)”來說明之。

門捷列夫1834年工月27日生于一個多子女家庭。父親是一個中學(xué)校長。他出生那年，父親突然雙目失明，不得不停止工作。門捷列夫在艱難的環(huán)境中成長。不久，父母先后去世，門捷列夫在一個邊遠城市上中學(xué)。那里教育水平很差。在大學(xué)一年級時，他是全班28名學(xué)生中的第25名。但他奮起直追，大學(xué)畢業(yè)時便躍居第一名，榮獲金質(zhì)獎?wù)?，二十三歲時成為副教授，三十一歲時成為教授。

72（返回）門捷列夫(視頻9）門捷列夫在寫作《有機化學(xué)》一書時，幾乎整整兩個月沒有離開書桌。晚年為了研究日蝕和氣象，他自費建造氣球。氣球制好后，原設(shè)計坐兩人，由于充氣不夠，只能坐一個人。他不顧朋友的勸阻，毅然跨進氣球吊藍里，成功地觀察了日蝕。

門捷列夫年過七旬后，積勞成疾，雙目半盲。但他仍然每天清早開始工作，一口氣寫到下午五點半，飯后又接著寫作。1907年1月20日清晨5時，他因肺炎逝世，時年73歲。當時他面前的寫字臺